KR101752008B1 - 건설기계의 유압 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴삭기 등과 같은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 작업기의 부하와 무관하게, 조작부의 조작량에 비례하여 유압펌프의 토출 유량이 증가하는 로드센싱 제어방식의 건설기계의 유압 시스템에 관한 것으로, 예컨대, 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서와; 펌프의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛; 및 조작부의 조작량과 압력센서에서 감지된 작업기의 부하에 기초하여 사판각 조절유닛으로 제공되는 로드센싱 압력이 조절됨으로써 작업기의 부하에 따라 조작부의 조작량이 커지도록 사판각 조절유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템을 개시하며, 이를 통하여 로드센싱 제어방식의 건설기계를 이용하여 작업하는 작업자가 부하감에 근거하여 조작감을 향상시키고 부드러운 조작성을 확보할 수 있으며, 또한 갑작스러운 부하 증가시 이를 감지할 수 있어 압력 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

건설기계의 유압 시스템{Hydraulic system for construction machinery}
본 발명은 굴삭기 등과 같은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 작업기의 부하와 무관하게, 조작부의 조작량에 비례하여 유압펌프의 토출 유량이 증가하는 로드센싱 제어방식의 건설기계의 유압 시스템에 관한 것이다.
건설기계의 작업기는 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되며, 유압펌프의 토출 유량은 작업기의 구동 정도에 따라 제어된다. 이러한 유압펌프의 유량 제어는 크게 네가티브 제어방식(negative control, 네가콘(Negacon) 시스템이라고도 함)과 포지티브 제어방식(positive control, 포지콘(Posicon) 시스템이라고도 함), 그리고 로드센싱 제어방식(Load Sensing control)이 있다.
네가티브 제어방식은 작업기에 공급되지 못하고 메인 컨트롤 밸브(MCV)를 통과하는 센터바이패스 유로의 압력에 따라 유압펌프의 유량을 제어하는 방식이다. 따라서, 작업기가 구동되지 않는 경우, 센터바이패스 유로의 작동유 유량이 커지게 되어 유압펌프의 토출 유량이 작아지게 된다. 이러한 네가티브 제어방식은 작업기에 고부하가 작용하는 경우 작업기와 센터바이패스 유로에 유량이 양분되기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, 조작부의 조작량 중 작업기가 구동되는 시점이 지연되고 조작부의 조작량에 대한 작업기의 구동 속도 또한 늦어지는 특성을 가지고 있다. 네가티브 제어방식의 전술한 특성은 작업자가 작업기에 작용하는 부하를 감지하는 중요한 수단이 되고 있을 뿐만 아니라 갑작스럽게 부하가 증가하더라도 압력 쇼크가 발생하지 않도록 하여 부드러운 조작성을 확보할 수 있게 한다.
반면, 포지티브 제어방식은 조작부의 조작에 의해 발생하는 파일럿 신호압에 의해 유압펌프의 토출 유량이 제어되는 방식이다. 즉, 조작부의 조작량이 커져서 파일럿 신호압이 커지면 유압펌프의 토출 유량이 증가하게 된다. 이러한 포지티브 제어방식 역시 센터바이패스 유로를 구비하고 있어서 작업기에 고부하가 작용할 경우, 조작부의 조작량에 대한 작업기의 구동 시점이 지연되는 현상이 발생한다.
이들 제어방식과 달리, 본 발명에서 개선하고자 하는 로드센싱 제어방식은 작업기에 작용하는 부하와 무관하게 조작부의 조작량만을 기초로 하여 유압 펌프의 토출 유량이 제어된다. 즉, 센터바이패스 유로가 예컨대 센터바이패스 컷오프 밸브에 의해 차단됨으로써 시스템이 밀폐형으로 유지되어 시스템 전체의 효율성이 극대화되는 특징을 갖는다.
이러한 로드센싱 제어방식이 적용된 건설기계에서, 유압펌프의 토출 유량은 조작부의 조작량에 대해 실질적인 대응 관계를 갖는다. 참고로, 도 2는 종래 로드센싱 제어방식의 건설기계에서 조작부 조작량에 대한 펌프 토출 유량과 작업기 공급 유량을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 작업기에 부하가 작용하는지 여부에 관계없이 유압펌프에서 토출되는 유량은 조작부의 조작량, 예컨대, 조이스틱의 각도에 대해 선형으로 비례하는 관계를 갖고 제어되며, 또한 작업기 공급 유량 역시 조작부의 조작량에 선형으로 비례하는 관계를 갖도록 제어된다.
덧붙여, 도 2에 도시된 것처럼, 종래의 로드센싱 방식의 건설기계에서 펌프 유량의 제어 결과는 작업기 공급 유량의 제어 결과와 실질적으로 일치한다는 점을 확인할 수 있다.
따라서, 종래의 로드센싱 제어방식의 건설기계를 조작하는 경우, 작업자가 조이스틱과 같은 조작부를 조작할 때, 작업기에 작용하는 부하(또는 부하감(load feeling)이라고 한다)를 전혀 느낄 수 없게 되고, 이에 작업시 조작감이 떨어지고 부드러운 조작성을 확보할 수 없으며, 또는 갑작스러운 부하 증가시 이를 감지하지 못하게 되어 압력 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 없게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 로드센싱 제어방식에서 조작감을 부여할 수 있는 건설기계의 유압 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 작업기의 부하와 무관하게, 조작부의 조작량에 비례하여 펌프의 토출 유량이 증가하는 로드센싱 제어 방식에 적용되는 것으로서, 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서와; 펌프의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛; 및 조작부의 조작량과 압력센서에서 감지된 작업기의 부하에 기초하여 사판각 조절유닛으로 제공되는 로드센싱 압력이 조절됨으로써 작업기의 부하에 따라 조작부의 조작량이 커지도록 사판각 조절유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서는 펌프의 토출 압력을 감지하기 위한 펌프 압력센서 및/또는 로드센싱 압력을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서인 것을 특징으로 한다.
또한 이 실시예에 있어서, 조작부의 조작량을 감지하기 위한 수단으로 조작부 압력센서를 더 포함하며, 사판각 조절유닛은: 펌프의 사판각을 조절하는 레귤레이터와; 로드센싱 압력을 레귤레이터로 인가하기 위한 신호 라인; 및 신호 라인에 설치되고, 제어부로부터 전송되는 제어신호에 따라 레귤레이터로 전달되는 로드센싱 압력을 조절하는 전자비례감압밸브를 포함하며, 이때 제어부는 펌프 토출 압력 또는 로드센싱 압력 그리고 조작부의 조작량에 기초하여 전자비례감압밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 작업기의 부하와 무관하게, 조작부의 조작량에 비례하여 펌프의 토출 유량이 증가하는 전자로드센싱 제어 방식으로서, 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서와; 펌프의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛; 및 압력센서에서 감지된 작업기의 부하에 기초하여 사판각 조절유닛으로 제공되는 조작부 조작량이 조절됨으로써 작업기의 부하에 따라 조작부의 조작량이 커지도록 사판각 조절유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예에 있어서, 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서는 펌프의 토출 압력을 감지하기 위한 펌프 압력센서 및/또는 로드센싱 압력을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예에 있어서, 사판각 조절유닛은 상기 펌프의 사판각을 조절하는 레귤레이터를 포함하고, 이때 제어부는 펌프의 토출 압력 또는 로드센싱 압력에 기초하여 조작부의 조작량을 조절하는 서브 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로드센싱 제어방식의 건설기계를 조작하는 경우, 작업자가 조이스틱과 같은 조작부를 조작할 때, 작업기에 작용하는 부하(또는 부하감(load feeling)이라고 한다)의 상태를 파악할 수 있어, 작업시 조작감이 향상되고 부드러운 조작성을 확보할 수 있으며, 또한 갑작스러운 부하 증가시 이를 감지할 수 있어 압력 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 네거티브 제어방식의 건설기계에서 조작부 조작량에 따른 작업기 구동속도를 부하에 따라 도시한 그래프;
도 2는 종래 로드센싱 제어방식의 건설기계에서 조작부 조작량에 따른 펌프 토출 유량과 작업기 공급유량을 개략적으로 나타낸 그래프;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4a는 도 3의 유압 시스템에서 무부하시 조작부 조작량에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력, 로드센싱 압력, 및 제어신호의 관계를 개략적으로 도시한 그래프;
도 4b는 도 3의 유압 시스템에서 고부하시 조작부 조작량에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력, 로드센싱 압력, 및 제어신호의 관계를 개략적으로 도시한 그래프;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 도면;
도 6a는 도 5의 유압 시스템에서 무부하시 조작부 조작량에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력, 로드센싱 압력, 및 조절된 조작량의 관계를 개략적으로 도시한 그래프; 및
도 6b는 도 5의 유압 시스템에서 고부하시 조작부 조작량에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력, 로드센싱 압력, 및 조절된 조작량의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 작업기의 부하와 무관하게, 조작부의 조작량에 비례하여 펌프(10)의 토출 유량이 증가하는 로드센싱 방식의 건설기계 유압 시스템으로서, 펌프(10)의 토출 압력(PP)을 감지하기 위한 펌프 압력센서(12)와, 로드센싱 압력(PLS)을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서(42)와, 펌프(10)의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛(30)과, 조작부의 조작량, 예컨대 조작 압력(P조이스틱)을 감지하기 위한 조작부 압력센서(24), 그리고 사판각 조절유닛(30)을 제어하기 위한 제어부(40)를 포함한다.
펌프 압력센서(12)는 펌프의 토출 압력(PP)을 감지하기 위한 것이고, 로드센싱 압력센서(42)는 메인 컨트롤 밸브(MCV)로부터 전달되는 로드센싱 압력(PLS)을 감지하기 위한 것으로, 실질적으로 펌프의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)은 작업기에 작용하는 부하에 대응하며, 이들 압력들(PP, PLS)은 제어부(40)로 전송된다.
조작부 압력센서(24)는 조작부(20)의 조작량(P조이스틱), 예컨대 파일럿 압력을 감지하기 위한 것으로서, 셔틀밸브블록(22)을 통해 복수의 조작부(20)의 파일럿 압력 중 최대 파일럿 압력을 감지하게 된다. 조작부 압력센서(24)에 의해 감지된 파일럿 압력의 정보는 제어부(40)로 전송된다. 본 실시예에서 조작부 압력센서(24)를 통해 감지된 파일럿 압력의 크기로부터 조작부 조작량을 검출하는 예시를 제시하고 있으나, 본 실시예와 달리 조작부(20)의 조작량은 전기적인 신호로 변환되어 제어부(40)로 전송될 수도 있다.
사판각 조절유닛(30)은 제어부(40)로부터 출력되는 제어신호(I)에 따라 펌프(10)의 사판각을 조절하여 펌프(10)의 토출 유량을 조절하기 위한 것으로서, 레귤레이터(32)와, 신호 라인(34)과, 전자비례감압밸브(EPPR)(36)를 포함한다. 본 실시예에서는 사판각 조절유닛(30)에 로드센싱 압력을 전달하여 펌프(10)의 사판각을 조절하는 것을 예시하였으나, 본 실시예와 달리 제어부(40)의 전기적 신호만으로 펌프(10)의 사판각이 조절될 수 있다는 점은 자명하다.
레귤레이터(32)는 입력되는 로드센싱 압력(PLS), 보다 구체적으로는 전자비례감압밸브(EPPR)(36)의 후단 압력(P2 LS)에 따라 펌프(10)의 사판각을 조절하기 위한 것이다.
신호 라인(34)은 로드센싱 압력을 레귤레이터(32)로 전달하기 위한 것으로서, 일단은 메인 컨트롤 밸브(MCV)측에 연결되고 타단은 레귤레이터(32)에 연결되어 있다.
전자비례감압밸브(36)는 전술한 신호 라인(34)에 설치되어 신호 라인(34)의 개도량을 조절하기 위한 것이다. 이러한 전자비례감압밸브(36)는 제어부(40)로부터 전송되는 제어신호에 따라 조절된다. 본 실시예에서 제어신호는 전류(I)로 표시되었다.
이러한 전자비례감압밸브(36)는 도 3과 같은 초기 상태로서 입력단에 전류(I)가 0인 상태이다. 이와 같은 상태에서, 즉 무부하 상태에서 펌프(10)의 토출 유량을 가변시키기 위한 제어변수는 전자비례감압밸브 전단의 로드센싱 압력(P1 LS)이 된다. 즉, 기존의 로드센싱 제어방식의 건설기계와 동일하게 펌프 토출 유량이 제어된다.
반면, 전자비례감압밸브(36)의 입력단에 0을 초과하는 전류(I)가 인가되면 전자비례감압밸브(36)는 신호 라인(34)의 개도량을 줄이게 되고, 이에 의해 전자비례감압밸브(36)의 후단 압력(P2 LS)이 전단 압력(P1 LS)보다 작아지게 된다. 즉, 조작부(20)에 의해 발생한 조작부 조작량과 펌프 토출 압력 또는 로드센싱 압력에 기초하여, 레귤레이터(32)로 전달되는 로드센싱 압력(PLS)이 감압된 상태로 전해지고, 이에 의해 펌프(10)의 토출 유량이 감소하게 된다.
즉, 작업기에 부하가 작용한 상태에서는 본 발명의 실시예에 따라 조작부(20)의 조작량에 덧붙여 펌프(10)의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)을 기준으로 펌프(10)의 토출 유량이 제어될 수 있다. 조작부(20)의 조작량만을 기준으로 펌프(10)의 토출 유량이 제어되던 종래의 로드센싱 방식의 건설기계와 비교하여, 본 발명의 작업자는 추가로 펌프(10)의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)에 기초하여 펌프(10)의 토출 유량이 제어되는 구성을 통해 작업기에 걸리는 부하를 인식할 수 있고, 이에 부하감에 근거하여 작업을 수행할 수 있게 된다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 건설기계의 유압 시스템의 작용 효과에 대해 상세히 설명한다.
우선, 제어부(40)에 펌프 압력센서(12)와 로드센싱 압력센서(42), 그리고 조작부 압력센서(24)로부터 각각의 압력에 대한 정보가 전송되면, 제어부(40)는 전자비례감압밸브(36)에 인가할 전류(I)의 크기를 산출하게 된다. 인가 전류(I)의 크기는 다음의 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112011005989940-pat00001
여기서, 위 기호는 다음과 같다.
I: 전자비례감압밸브(36)에 인가되는 전류(제어신호)
PLS: 로드센싱 압력
P조이스틱: 조작부의 조작량(조작 압력)
[수학식 1]에서 구체적으로 기술되어 있지 않지만, 예컨대 인가 전류는 로드센싱 압력(PLS, 또는 펌프의 토출 압력(PP))에 비례하고, 조작부(20)의 조작량(조작 압력, P조이스틱)에 반비례하는 특정한 조건으로 산출되어야 한다.
한편, 전자비례감압밸브(36)의 전단 압력과 후단 압력은 다음의 [수학식 2]와 같은 관계를 갖는다.
Figure 112011005989940-pat00002
여기서, P2 LS는 전자비례감압밸브(36) 후단의 압력이고, P1 LS는 전자비례감압밸브(36) 전단의 압력이며, I는 [수학식 1]에서 산출된 바와 같은 인가 전류이고, α는 전바비례감압밸브 비례상수이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 무부하 상태와 고부하 상태에서, 도 3의 유압 시스템에서 조작부 조작량에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력, 로드센싱 압력, 및 제어신호의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 4a의 무부하 상태에서, 그래프는 종래의 로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우와 마찬가지로 조작부 조작량(P조이스틱)에 대해 선형으로 대응하는 펌프(10)의 토출 유량을 나타내며, 조작부 조작량(P조이스틱)에 대해 일정한 크기의 펌프 토출 압력 및 로드센싱 압력(예컨대, 전자비례감압밸브 전후단의 압력의 크기가 동일하다), 그리고 조작부의 조작량(P조이스틱)에 무관하게 전자비례감압밸브(36)로 인가되는 전류의 값이 0으로 지속됨을 알 수 있다. 즉, 무부하 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 종래의 로드센싱 제어방식의 건설기계와 실질적으로 동일한 결과를 보여준다.
다음으로, 도 4b의 고부하 상태에서, 그래프는 종래의 로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우와 달리, 조작부 조작량(P조이스틱)에 대해 펌프(10)의 토출 유량이 상대적으로 감소하여 지연되는 결과(부하감 발생)를 나타내며, 또한 조작부 조작량(P조이스틱)에 대해 펌프 토출 압력 및 로드센싱 압력이 일정한 기울기로 증가하는 결과를 나타낸다(예컨대, 전자비례감압밸브 후단의 압력(P2 LS)이 전자비례감압밸브 전단의 압력(P1 LS)보다 작다), 그리고 조작부의 조작량(P조이스틱)이 증가함에 따라 전자비례감압밸브(36)로 인가되는 전류의 값이 일정한 기울기로 감소하는 것을 알 수 있다.
즉, 고부하 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 종래의 로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우와 상이하게, 작업기의 부하에 따른 부하감을 인식하여 작업자로 하여금 조작감의 향상 및 부드러운 조작성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 조작감을 확보함으로써 부하가 갑작스럽게 증가할 때 이를 사전에 대비할 수 있어 압력 쇼크가 발생하는 등의 문제점에 대해 미리 준비할 수 있게 된다.
다음으로, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 참고로, 이 실시예에 따른 유압 시스템은 전술한 실시예에서 압력에 의해 구동되는 기계식 메인 컨트롤 밸브(MCV)를 사용하던 것과 달리, 전자 신호를 받아 스풀을 구동하는 예컨대, 전자 MCV를 사용하는 소위 '전자로드센싱 제어방식'을 기준으로 도시되어 있다는 점에 유의한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 작업기(134)의 부하와 무관하게, 조작부(120)의 조작량에 비례하여 펌프(110)의 토출 유량이 증가하는 전자로드센싱 제어방식의 건설기계 유압 시스템으로서, 펌프(110)의 토출 압력(PP)을 감지하기 위한 펌프 압력센서(112)와, 로드센싱 압력(PLS)을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서(132)와, 펌프(10)의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛(140)과, 조작부(120)의 조작량, 예컨대 조작 각도(θ)에 기초하여 사판각 조절유닛(140)과 전자 MCV(130) 등으로 제어 신호(예컨대, 전류)를 출력하여 사판각 조절유닛(140)과 전자 MCV(130)의 구동을 제어하는 제어부(150)를 포함한다.
펌프 압력센서(112)는 펌프의 토출 압력을 감지하기 위한 것이고, 로드센싱 압력센서(132)는 메인 컨트롤 밸브(MCV)로부터 전달되는 로드센싱 압력을 감지하기 위한 것으로, 실질적으로 펌프의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)은 작업기에 작용하는 부하에 대응하며, 이들 압력들(PP, PLS)은 제어부(150)로 전송된다.
사판각 조절유닛(140)은 제어부(150)로부터 출력되는 제어신호(I)에 따라 펌프(110)의 사판각을 조절하여 펌프(110)의 토출 유량을 조절하기 위한 것으로서, 레귤레이터와 신호 라인을 포함한다. 본 실시예에서는 사판각 조절유닛(140)에 제어부(150)의 제어신호를 전달하여 펌프(110)의 사판각을 조절하는 것을 예시하고 있다.
사판각 조절유닛(140)은 입력되는 조작부 조작량, 예컨대 조작 각도(θ)에 따라 펌프(110)의 사판각을 조절하기 위한 것이다.
이 실시예의 특징에 따라, 서브 제어부(152)가 제어부 내에 형성되어 조작부의 조작량(예컨대, 조작 각도)을 조절한다. 예컨대, 펌프의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)에 기초하여, 레귤레이터와 같은 사판각 조절유닛(140)으로 전달되는 조작부(120)의 조작량(조작 각도, θ)이 줄어든 상태로 전해지고, 이에 의해 펌프(110)의 토출 유량이 감소하게 된다.
예를 들어, 작업기에 부하가 작용한 상태에서는 본 발명의 실시예에 따라 조작부(120)의 조작량이 펌프(110)의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)을 기준으로 조절되어 결과적으로 펌프(110)의 토출 유량이 제어될 수 있다. 조작부(120)의 조작량만을 기준으로 펌프(110)의 토출 유량이 제어되던 종래의 전자로드센싱 방식의 건설기계와 비교하여, 본 발명의 작업자는 펌프(110)의 토출 압력(PP) 또는 로드센싱 압력(PLS)에 기초하여 펌프(110)의 토출 유량이 제어되는 구성을 통해 작업기에 걸리는 부하를 인식할 수 있고, 이에 부하감에 근거하여 작업을 수행할 수 있게 된다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 건설기계의 유압 시스템의 작용 효과에 대해 상세히 설명한다.
우선, 제어부(150)에 펌프 압력센서(112)와 로드센싱 압력센서(132)로부터 각각의 압력에 대한 정보가 전송되면, 제어부(150)는 입력되는 조작부(120)의 조작량(예컨대, 조작 각도, θ1)을 이들 정보에 기초하여 조정한 후 조정된 조작부 조작량(예컨대, 조작 각도, θ2)으로 출력하여 사판각 조절유닛(140)으로 전달한다. 이때, 조작부(120)의 조작량이 조정되는 크기는 다음의 [수학식 3]을 통해 정의될 수 있다.
Figure 112011005989940-pat00003
여기서, θ1은 실제 조작부의 조작량(조작 각도)이고, θ2는 조정된 조작부의 조작량(조작 각도)이며, PLS는 로드센싱 압력이고, 그리고 PP는 펌프의 토출 압력을 의미한다.
[수학식 3]에서 구체적으로 기술되어 있지 않지만, 예컨대 조작부 조작량은 로드센싱 압력(PLS) 또는 펌프의 토출 압력(PP)에 기초하는 특정한 조건으로 산출되어야 한다.
한편, 제어부(150)를 통해 조정되기 전의 조작량(θ1)과 조정 후의 조작량(θ2)은 구체적으로 다음의 [수학식 4]와 같은 관계를 갖는다.
Figure 112011005989940-pat00004
여기서, a는 임의의 상수이다.
한편, [수학식 4]는 로드센싱 압력(PLS)에 기초하여 조작부의 조작량이 조정되는 관계를 예시하고 있으나, 이는 로드센싱 압력을 펌프의 토출 압력(PP)으로 대체하는 경우에도 역시 적용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 무부하 상태와 고부하 상태에서, 도 5의 유압 시스템에서 조작부 조작량(θ1)에 대한 펌프의 토출 유량, 펌프의 토출 압력(PP), 로드센싱 압력(PLS), 및 조정된 조작부 조작량(θ2)의 제어신호의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6a의 무부하 상태에서, 그래프는 종래의 전자로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우와 마찬가지로 조작부 조작량(θ1)에 대해 선형으로 대응하는 펌프(110)의 토출 유량을 나타내며, 조작부 조작량(θ1)에 대해 일정한 크기의 펌프 토출 압력 및 로드센싱 압력(예컨대, 제어부(150) 전후단의 조작량의 크기가 동일하다)을 나타내고, 그리고 조작부의 조작량이 아무런 조정 없이 그대로(θ2 = θ1) 사판각 조절유닛으로 출력됨을 알 수 있다. 즉, 무부하 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 종래의 전자로드센싱 제어방식의 건설기계와 실질적으로 동일한 결과를 보여준다.
다음으로, 도 6b의 고부하 상태에서, 그래프는 종래의 전자로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우(점선으로 표시됨)와 달리, 조작부 조작량(θ1)에 대해 펌프(110)의 토출 유량이 상대적으로 지연(실선으로 표시됨)되는 결과(부하감 발생)를 나타내며, 또한 조작부 조작량(θ1)에 대해 펌프 토출 압력 및 로드센싱 압력이 각각 증가한 상태(작업기에 작용하는 고부하 상태)를 나타낸다. 그리고 조작부의 조작량(θ1)이 증가함에 따라 제어부(150)를 통해 조정되어 출력되는 조작부 조작량(θ2)이 상대적으로 지연됨으로써, 그에 따라 펌프(110)로부터 토출되는 유량이 감소하여 작업기가 지연 구동되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 조작부 조작량이 조절됨으로써, 작업자는 부하감에 근거하여 작업을 수행할 수 있게 된다.
즉, 고부하 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압 시스템은 종래의 전자로드센싱 제어방식의 건설기계의 경우와 상이하게, 작업기의 부하에 따른 부하감을 인식하여 작업자로 하여금 조작감의 향상 및 부드러운 조작성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 조작감을 확보함으로써 부하가 갑작스럽게 증가할 때 이를 사전에 대비할 수 있어 압력 쇼크가 발생하는 등의 문제점에 대해 미리 준비할 수 있게 된다.
10, 110: 유압 펌프
12, 112: 펌프 압력센서
20, 120: 조작부(조이스틱)
22: 셔틀밸브블록
24: 조작부 압력센서
30, 140: 사판각 조절유닛
32: 레귤레이터
34: 신호 라인
36: 전자비례감압밸브
40, 150: 제어부
42, 132: 로드센싱 압력센서
130: 메인 컨트롤 밸브(MCV)
134: 작업기
152: 서브 제어부
PP: 펌프의 토출 압력
PLS: 로드센싱 압력

Claims (6)

  1. 작업기의 부하와 무관하게, 조작부(20)의 조작량에 비례하여 펌프(10)의 토출 유량이 증가하는 로드센싱 제어 방식의 건설기계의 유압 시스템에 있어서,
    상기 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서(12, 42);
    상기 펌프(10)의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛(30); 및
    상기 조작부(20)의 조작량과 상기 압력센서(12, 42)에서 감지된 상기 작업기의 부하에 기초하여 상기 사판각 조절유닛(30)으로 제공되는 로드센싱 압력이 조절됨으로써 상기 작업기의 부하에 따라 상기 조작부(20)의 조작량이 커지도록 상기 사판각 조절유닛(30)을 제어하는 제어부(40)를 포함하고,
    상기 조작부(20)의 조작량을 감지하기 위한 수단으로 조작부 압력센서(24)를 더 포함하며,
    상기 사판각 조절유닛(30)은:
    상기 펌프의 사판각을 조절하는 레귤레이터(32);
    상기 로드센싱 압력을 상기 레귤레이터(32)로 인가하기 위한 신호 라인(34); 및
    상기 신호 라인(34)에 설치되고, 상기 제어부(40)로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 레귤레이터(32)로 전달되는 상기 로드센싱 압력을 작아지게 조절하는 전자비례감압밸브(EPPR)(36)를 포함하며,
    상기 제어부(40)는 상기 펌프(10)의 토출 압력 또는 상기 로드센싱 압력 그리고 상기 조작부의 조작량에 기초하여 상기 전자비례감압밸브(36)를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 작업기의 부하를 감지하기 위한 압력센서는 상기 펌프(10)의 토출 압력을 감지하기 위한 펌프 압력센서(12) 또는 로드센싱 압력을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서(42)인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템.
  3. 삭제
  4. 작업기의 부하와 무관하게, 조작부(120)의 조작량에 비례하여 펌프(110)의 토출 유량이 증가하는 전자로드센싱 제어 방식의 건설기계의 유압 시스템에 있어서,
    상기 작업기(134)의 부하를 감지하기 위한 압력센서(112, 132);
    상기 펌프(110)의 토출 유량을 조절하는 사판각 조절유닛(140); 및
    상기 압력센서(112, 132)에서 감지된 상기 작업기(134)의 부하에 기초하여 상기 사판각 조절유닛(140)으로 제공되는 조작부 조작량이 조절됨으로써 상기 작업기의 부하에 따라 상기 조작부(120)의 조작량이 커지도록 상기 사판각 조절유닛(140)을 제어하는 제어부(150)를 포함하고,
    상기 사판각 조절유닛(140)은 상기 펌프(110)의 사판각을 조절하는 레귤레이터를 포함하고,
    상기 제어부(150)는 상기 펌프(110)의 토출 압력 또는 로드센싱 압력에 기초하여 상기 조작부(120)의 조작량을 줄어들게 조절하는 서브 제어부(152)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 작업기(134)의 부하를 감지하기 위한 압력센서는 상기 펌프(110)의 토출 압력을 감지하기 위한 펌프 압력센서(112) 또는 로드센싱 압력을 감지하기 위한 로드센싱 압력센서(132)인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 시스템.
  6. 삭제
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